2. Конструкция, основные неисправности и ремонт рамы тележки тепловоза uztе16М

2. Конструкция, основные неисправности и ремонт рамы тележки тепловоза UZTЕ16М.


2.1 Конструкция и неисправности рамы тележки
Прочность рам тележек определяется несколькими конструктивными и технологическими особенностями. Это прежде всего выбранная принципиальная схема тележки, определяющая систему сил, действующих на её раму; конструктивное исполнение основных несущих элементов рамы и узлов соединения этих элементов друг с другом, что в значительной степени определяет уровень концентрации напряжений. К определяющим причинам можно отнести также уровень технологической культуры завода-изготовителя, стабильность технологии, применение передовых методов изготовления, особенно в сварочных работах.
Рама тележки (рис 2.1) предназначена для размещения колёсно-моторных блоков (КМБ) с тормозного исполнительного оборудования, опорных устройств над тележечного строения и механизма передачи силы тяги на кузов тепловоза. При эксплуатации рама тележки, кроме статических нагрузок от массы кузова с оборудованием, силы тяги (торможения) и реакций от ТЭД, подвергается большим динамическим вертикальным и горизонтальным нагрузкам. Поэтому в конструкцию рамы тележки по основным элементам закладывается коэффициент запаса прочности не менее 2,0 и по пределу текучести материала — 1,2 при проверке её на возможное соударение с продольным ускорением до 3 концентрации) к нижнему к нижнему несущему листу боковины приварены кронштейны 1,3,4,5 кронштейн фланцами с параболической формой поперечных граней. После приварки кронштейнов зоны основания сварных швов упрочняются наклёпом. Внутри боковин установлены диафрагмы, приваренные к боковым листам для увеличения жёсткости сечения в местах примыкания поперечных балок междурамного крепления.
Снаружи на вертикальные листы боковин через подкладки приварены корпусы фрикционных гасителей колебаний, кронштейны 4 тормозных цилиндров. В боковинах по нейтральной оси сделаны сквозные овальные отверстия, усиленные полыми вставками 6 для прохода горизонтальных рычагов рычажной передачи тормоза.

Рис. 2.1. Рама бесчелюстной тележки тепловоза UZTЕ16М:

1,3, 4,5—кронштейны; 2—корпус гасителя; б—полые вставки боковин; 7, 8,10—поперечные балки; 9— шкворневая балка; 11—просгавочные листы; 12,15—боковины; 13—платики опор; 14—концевое крепление.

Поперечные балки 7,8 и 10 междурамного крепления сварной конструкции также зам­кнутой коробчатой формы выполнены из стальных листов толщиной 14 мм и жёстко связывают между собой боковины. Своими вертикальными рёбрами поперечные балки приварены к внутренним боковым листам и специальным выступам нижних листов боковин. Сверху приварены проставочные листы 11, которые связывают поперечные балки с верхними листами боковин, образуя замкнутое сварное междурамное крепление. К нижним листам поперечных балок приварены литые кронштейны 5 для опор ТЭД.

На средние балки междурамного крепления сверху строго на продольной оси рамы установлена и закреплена электросваркой продольная шкворневая балка 9, литая из стали 20ЛП ГОСТ 977—75. В средней части шкворневой балки устроено массивное шкворневое гнездо, а по концам находятся горизонтальные полки для повышения жёсткости крепления, так как через балку и шкворень передаётся сила тяги на раму тепловоза. В шкворне­вом гнезде устанавливается подвижной в поперечном направлении шкворневой узел тележки, а в боковых стенках гнезда выполнены отверстия для установки пружинных комплектов упругих упоров шкворневого узла.
Передняя концевая балка 14 выполнена сварной, коробчатого сечения, неотъёмной, но изогнутой в средней части для удобства снятия фрикционного аппарата автосцепки. Балка своими торцами электросваркой соединена с боковинами, связывая их для придания жёсткости, и несёт на себе кронштейны тормозной рычажной передачи тележки.
Основные составные сборочные единицы рамы тележки (боковины, междурамные крепления, концевые балки) изготовлены из стали СТ3 по ГОСТ 380—71 и отожжены для снятия напряжений от сварки. На собранную и сваренную раму устанавливаются и привариваются шкворневая балка 9, корпусы 2 фрикционных гасителей колебаний, кронштейны 4 тормозных цилиндров и подвесок рычажной передачи тормоза, пластики 13 под установку опор кузова. Затем раму механически обрабатывают по кронштейнам 7 и 5 крепления буксовых поводков и опор пружин с протяжкой трапециевидных пазов и по платикам 13 под установку опор кузова.
На каждую окончательно готовую раму тележки составляют паспорт, где отражено качество металла, сварных швов и их структура, выполнение монтажно-установочных размеров. Качество изготовления контролируют по ГОСТ 15467—79 и техническим условиям ТУ 24-4-419-70 на изготовление сварных конструкций тепловозов. Основные сварные соединения проверяются дефектоскопией (ультразвуковой, рентгеновской). Сварочные дефекты — трещины, непровары, кратеры, неполный шов — не допускаются как весьма опасные для эксплуатации рамы тележки, предназначенной надёжно обеспечивать безопасность движения в течение всего срока службы в условиях высокой динамической нагруженности.
Одной из лучших для распределения сил, действующих на раму тележки, является конструкция трёхосной тележки тепловозов UZTE16M в которой вертикальные усилия от кузова передаются через четыре опоры, расположенные на боковинах рамы. Силы, действующие на раму тележки сверху и снизу, уравновешиваются в зоне их приложения, что приводит к уменьшению изгибающих моментов, действующих на раму. Поперечные балки при этом не нагружены вертикальным изгибающим моментом, а боковины — крутящим моментом. Боковина рамы тележки нагружена несколько увеличенным изгибающим моментом.
В результате этого боковины, кроме изгиба, нагружены крутящим моментом, а поперечные балки рамы тележки — дополнительным изгибающим моментом. При выбранной схеме тележки решающее влияние на её габариты и массу оказывает выбор конструкции основных несущих узлов. Наиболее распространены у современных локомотивов сварные и сварно-литые рамы тележек. Применение современной технологии сварки наряду с такими прогрессивными методами обработки швов, как аргонно-дуговое оплавление, значительно снижает массы рам тележек новых локомотивов.
Несущие элементы рам тележек обычно изготовляют в виде сварных тонкостенных балок прямоугольного сечения. В большинстве случаев поперечное сечение балок образуется из двух вертикальных и двух горизонтальных листов, сваренных между собой продольными швами тепловоз UZTE16M. У тепловоза несущие балки рамы тележки сварены из двух корытообразных профилей, соединённых продольными швами по верхнему и нижнему поясам. Такие конструкции предпочтительны с точки зрения прочности, однако не получили широкого распространения из- за большей сложности изготовления.
Основной размер, определяющий массу боковины рамы, — соотношение между её высотой и шириной. У большинства конструкций высота боковин равна 350—450 мм, а отношение высоты поперечного сечения боковины к его ширине лежит в пределах 1,5—2,0, что соответствует соотношению изгибающих моментов, воспринимаемых рамой тележки в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Ширина поперечных балок, наоборот, как правило, больше их высоты, поскольку эти балки нагружены в основном горизонтальными усилиями.
Обычно в нижнем поясе боковины рамы тележки действуют растягивающие напряжения, в верхнем — сжимающие. Поэтому нижний лист боковины тележек тепловозов UZTE16M сделан более толстым, чем верхний, что смещает вниз центр тяжести поперечного сечения и увеличивает момент сопротивления сечения по нижнему поясу.
Зоны сопряжения поперечных балок с боковинами — это один из ответственных узлов рамы тележки. Напряжённое состояние этих узлов определяется совместным действием вертикальных и горизонтальных сил. Уровень напряжений здесь всегда высок. Поэтому соединение поперечных балок с боковинами выполняется так, чтобы обеспечить минимум концентрации напряжений. Для этого предназначена концевая балка, которая в 2 раза снижает напряжения в зоне сопряжения продольных и поперечных балок от действия поперечной горизонтальной силы.
Рассмотрим три варианта сопряжения нижних листов продольной и поперечной балок: внахлестку, встык с расположением сварного шва вдоль кромки боковины, а также встык, но с выносом сварного шва на поперечную балку и при наличии в этой зоне радиуса перехода не менее 150 мм. Наименее прочно соединение по первому варианту. Теоретический коэффициент концентрации напряжений а_т достигает здесь значений 2,05—2,8. У второго варианта соединения коэффициент концентрации также достаточно высок: а_т = 2,2—2,5. В третьем варианте он не превышает 1,4—1,7. Рекомендуется наименьший радиус сопряжения нижних листов не менее 0,25 ширины боковины, т.е. 70—80 мм. Стыковой сварной шов, также являющийся концентратором напряжений, отнесён в третьем варианте на поперечную балку в зону минимальных напряжений от вертикальных нагрузок.
Рама тележки, подвергающаяся в эксплуатации переменным напряжениям, рассчитывается на усталостную прочность. Для такой оценки необходимо располагать значениями действующих статических и динамических напряжений и пределами выносливости изделия. Для такого узла, как рама тележки, главная форма расчёта — поверочный расчёт, связанный с определением коэффициента запаса прочности. Статические напряжения определяют от всех основных режимов нагружения: массы кузова с установленным оборудованием, тяговых и тормозных усилий и усилий при вписывании в кривые. Находят также напряжения в раме тележки при соударениях тепловоза, при движении с вывешенными колёсными парами и т.д.